TETRA移动台越区切换过程分析与设计.doc

TETRA移动台越区切换过程分析与设计天津七一二通信广播公司 王昀摘要本文对TETRA移动台越区切换流程进行了详细的分析，包括切换判决条件、切换类型、主要切换过程。并给出了设计流程图，对正确理解及开发TETRA的小区管理功能有一定的借鉴作用。关键词TETRA 越区切换 小区管理 MLE引言切换是移动通信系统中一项非常重要的技术。切换过程通常分为三个主要阶段：监控和链路测量、目标小区确定和切换判决、切换执行。越区切换是TETRA数字集群移动系统移动性管理功能的重要组成部分。1. Tetra协议栈分层简介TETRA标准中将空中接口协议分为三层，如图1所示。 图1 TETRA协议栈分层结构图TETRA空中接口的第一层分为下媒体接入层(LMAC)和物理层(PL)。第二层分为上媒体接入层(UMAC)和逻辑链路控制层(LLC)。第三层分为两个子层，较低子层为MLE，较高的子层中MM控制注册、组附属等功能，CMCE处理呼叫控制、短数据业务和补充业务, SNDCP为无线用户提供分组数据业务。MLE负责小区管理、移动台身份管理和网络广播处理等，控制着小区信息的管理及越区切换过程的实现。2. 切换判决条件 TETRA采用移动台判决方式，即通过移动台持续监视小区的信号强度和质量，当满足切换条件时，移动台选择一个最优的相邻小区并发起切换请求。基础设施SWMI在切换中主要控制切换时的呼叫恢复及信道分配。在TETRA系统中，通过对当前小区和相邻小区的链路损耗参数的判断，决定小区的链路状态。其中，链路损耗参数C1的计算公式为C1 =RSSI “基站最小接收电平” MAX（0， “MS最大发射功率” PMS）C1： 当前小区的下行链路损耗参数。 PMS： 移动台的最大发射功率。 RSSI： 移动台在当前小区内接收到的信号强度。 主要有以下四种小区链路状态：n 当前小区无线链路中断当移动台一度接收到强度弱于某门限值的信号，表现为C10或移动台错误的解码某固定数量的帧，则认为此时当前小区链路失败。n 当前小区需要放弃当下行无线链路连接质量低于某一水平时，并且相邻小区有很高质量的下行无线链路，那么移动台将放弃当前小区。表现为在连续5秒内，当前小区链路损耗参数C1小于快重选门限FRT，并且，至少有一个相邻小区的链路损耗参数大于当前小区C1 与快重选迟滞量FRH之和。n 当前小区需要改进当移动台从相邻小区接收到的信号强于在当前小区接收到的信号一定程度的时候，移动台认为该小区需要改进。表现为在连续5秒内，当前小区的下行链路损耗参数小于慢重选门限SRT，并且，至少有一个相邻小区的链路损耗参数大于当前小区C1与慢重选迟滞量FRH之和。n 相邻小区可用如果移动台在相邻小区接收到的信号强度超过一下门限值至少5秒，移动台则认为相邻小区可用。表现为相邻小区的链路损耗参数C1大于快重选门限FRT与快重选迟滞量FRH之和。移动台检测到以下条件成立时，实施小区切换：检测到无线链路中断；或当前小区需要放弃；或当前小区需要改进，并且移动台处于空闲状态；或相邻小区提供比现有更好服务并且相邻小区可用。在系统网管中可以根据各小区信号强度的衰减情况对各切换参数进行配置，使移动台能够提前监视相邻小区，保证越区切换过程的实时性。图2描述了根据随距离变化的信号衰减情况合理设置的SRT、FRT触发点。 图2 切换参数设置图3. 越区切换过程的分析3.1. 相关子过程描述n 小区扫描：主要应用到两种扫描类型。1）前景扫描：移动台从当前小区主载波切到相邻小区的主载波，尝试与相邻小区同步，接收并解码广播信息，测量接收到的信号强度，计算C1值。完成上述步骤后，将频率切回当前小区的主载波。2）背景扫描：在发射和接收以外的空闲时隙，移动台从当前小区的主载波切至相邻小区的主载波，并在这些时隙里尝试与相邻小区同步，接收并解码广播信息，获得与该邻区相关的系统参数，评估自身到该邻区的通信链路质量，在时隙末尾切回当前小区主载波。背景扫描仍可以维持当前小区的服务，不引起业务中断。n 邻区监视：邻区监视即对相邻小区的信号强度进行测量。移动台在发射和接收以外的空闲时间改变接收频率到需要扫描的频道，然后测量接收到的信号强度。由于监视时移动台没有与相邻小区进行同步，所以无法对邻区的广播信息进行解码。n 当前小区信号质量监测：选定当前小区并获取同步后，应当根据接收信息评估当前小区的链路质量。包括下行链路和上行链路的监测。对于下行链路，MAC测量接收RF信号的强度或进行等效信号质量测量。基于这种测量，计算C1。并根据AACH解码成功率估计无线下行链路的质量。基站会通过MAC-RESOURCE PDU提示上行链路的故障。n 通知旧小区在切换之前，移动台MLE发送U-PREPARE CELL PDU通知SWMI移动台将要进入新小区，等待SWMI下发立即切换指示或信道分配指示。采用通告型类型1切换时，U-PREPARE CELL PDU中包含新小区的ID号及新小区注册请求PDU，SwMI MLE将会发出D-NEW CELL PDU，其中包含MM层指示新小区转移注册成功的D-LOCATION UPDATE ACCEPT SDU和对MAC层的信道分配，移动台按照SWMI的信道分配可以继续当前呼叫。n 新小区转移注册当移动台正在尝试通告型1类切换，并且最优新小区位置区域LA不属于当前注册区域RA时，会在当前小区提出转移注册请求。移动台发送包含新小区ID的U-PREPARE CELL PDU，该PDU中包含表示转移注册请求的U-LOCATION UPDATE DEMAND SDU，该SDU中应该包含新小区的LA信息，且位置更新类型参数应该设置为“呼叫恢复位置更新”。SWMI回应的注册结果指示包含在D-NEW CELL PDU中。n 通知新小区呼叫恢复当移动台在新小区注册后，发送U-RESTORE PDU给SWMI，告知SWMI旧小区将不再被使用。所有后续的通信将转移至新小区。SwMI恢复先前CMCE的呼叫业务，发送D-RESTORE ACKNOWLEDGE PDU告知移动台，同时给该呼叫分配业务信道。3.2. 五类越区切换过程描述在TETRA系统中，移动台通过小区链路状态及当前业务状态决定越区切换的类型。如图3:图3 切换类型选择树n 非宣告型切换适用于空闲状态的移动台。移动台通过扫描优选新小区，然后在新小区注册，与原小区没有信息交互。n 非通告型越区切换适用于业务期间与当前小区的无线链路中断或处于组呼通信的接听状态的移动台, 通过扫描优选新小区，在新小区注册、恢复呼叫，与原小区没有信息交互。n 通告型3类切换适用于在组呼通信中处于发射状态或双工通话中的移动台，并且该移动台不支持背景扫描。移动台在原小区向SWMI发送切换相关信息,然后通过前景扫描优选新小区, 在新小区注册、恢复呼叫。n 通告型2类切换适用于在组呼通信中处于发射状态或双工通话中的移动台,该移动台支持背景扫描且移动台通过对候选邻区进行背景扫描已经选取了最佳小区，然后在原小区向SWMI发送切换相关信息, 其中包含新小区的ID号，收到SWMI切换应答时，在新小区注册,并在新小区主控信道上尝试恢复呼叫。n 通告型1类切换适用于在组呼通信中处于发射状态或双工通话中的移动台,并且该移动台支持背景扫描。移动台通过对候选邻区进行背景扫描选取最佳小区，越区切换前在原小区向SWMI发送切换相关信息,其中包含新小区的ID号和转移注册请求，由SWMI在新小区提前为此次越区切换分配业务信道, 该移动台跳转到新信道上继续呼叫。此类切换不会造成话音中断，即“无缝切换”。4. MLE实现流程图4示出了MLE层对小区状态的管理和切换过程的控制流程。开机后，移动台进行小区初选并注册。通知底层对当前小区及广播中指示的邻区定时进行信号质量检测。根据当前小区与邻区链路质量的对比状况，可以适时开启对若干个优选小区的背景扫描。根据每次获得的邻区监视或扫描结果对邻小区进行实时排序，然后对当前小区及邻区的链路状态实时更新，并判断是否需要切换。若无需切换，则继续对当前小区及邻区的信号、链路状态进行检测；反之，选择切换类型，执行切换过程。根据是否在新小区成功注册，判断是否切换成功。若切换成功，在新小区内进行对各小区信号、链路状态的检测，若切换失败，尝试切换至其他优选小区或执行小区初选注册过程。 图4 MLE小区管理流程其中，邻区背景扫描要求协议栈底层频繁在时隙间切换频率并尝试同步、解码，对硬件稳定性提出了较高要求，也增加了整个协议栈软件的复杂